1氨基酸和核苷酸
氨基酸和核苷酸
C H
+
NH3
-氨基
甘氨酸 丙氨酸 L-氨基酸的通式
二、氨基酸的侧链结构决定其功能
（一）氨基酸的差异在于侧链结构-R基团
(1) 侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸
包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和脯氨酸
此类氨基酸在水溶液中溶解度小
含脂肪烃侧链的氨基酸
甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Gly Ala Val Leu Ile G A V L I
（一）氨基酸具有两性离子特征
两性解离及等电点
所有氨基酸都含有可解离的-氨基和-羧基，因此，氨基酸 溶解在水中是一种偶极离子 (dipolar ion)，又称两性离子 (zwitterion)。氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处 溶液的酸碱度。
等电点 (isoelectric point, pI)
在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及 程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为 该氨基酸的等电点。
H3N+—CH—COOH ︳ 阳离子 R
+H+ H2N—CH—COOH ︳ R +OH-
pH<pI
H3N+—CH—COOpH=pI ︳ R 兼性离子 +H+ +OH-
pH>pI H2N—CH—COO︳ 阴离子 R
第一章
氨基酸和核苷酸
Amino Acids and Nucleotides
生物化学与分子生物学系 陈园园 yuanyuanch@
主要 内 容
构成蛋白质的氨基酸均为L-构型 氨基酸的 氨基酸的侧链结构决定其功能
小分子糖类、氨基酸、核苷酸、脂质的分布和功能特点
在化学结构上，生物分子可以分为四类：小分子糖类、氨基酸、核苷酸和脂质。
它们分别在生物体内扮演着重要的角色，并且具有各自独特的功能特点。
通过对它们的分布和功能特点进行全面评估，我们可以更好地理解生物体内分子的作用和相互关系。
1. 小分子糖类小分子糖类是构成生物体内碳水化合物的基本单元，也是生物体内能量的主要来源。
它们主要存在于细胞质和细胞壁中，并且扮演着维持细胞结构稳定和供能的重要作用。
小分子糖类还参与调节细胞内外的渗透压平衡，保持细胞内环境的稳定性。
在生物体内，葡萄糖、果糖等小分子糖类起着至关重要的作用，其分布广泛且影响深远。
2. 氨基酸氨基酸是构成蛋白质的基本单元，也是生物体内重要的代谢产物。
氨基酸主要分布在细胞质和细胞核中，并且参与蛋白质合成、细胞新陈代谢等重要生物过程。
它们还可作为人体能量代谢的重要参与者，通过氨基酸代谢产生能量，维持人体正常的代谢平衡。
在细胞中，氨基酸的多样性和分布规律对生物体的正常功能发挥起着决定性的作用。
3. 核苷酸核苷酸是构成核酸的基本单元，也是生物体内遗传信息的主要携带者。
核苷酸主要分布在细胞核和细胞质中，并且扮演着存储遗传信息、传递遗传信息以及调控基因表达等重要作用。
在细胞内，核苷酸的分布和功能特点决定了细胞的遗传特性和生物发育过程。
4. 脂质脂质是构成细胞膜的重要成分，也是生物体内脂溶性维生素的主要携带者。
脂质主要分布在细胞膜和细胞质中，并且参与细胞膜形成、细胞信号传导、细胞凋亡等重要生物过程。
它们还具有能量储备和维持正常细胞功能的作用，对细胞的正常生理功能起着重要的支撑作用。
总结回顾：通过对小分子糖类、氨基酸、核苷酸和脂质的分布和功能特点进行全面评估，我们可以更好地理解生物分子在细胞内扮演的重要作用。
它们分别参与细胞结构维持、能量代谢、遗传信息传递和细胞信号传导等多个生物过程，具有各自独特的功能特点。
在细胞内，这些生物分子相互作用，共同维持着细胞内外环境的稳定和生物体内部的正常功能发挥。
氨基酸代谢与核苷酸代谢的关系
氨基酸代谢与核苷酸代谢的关系以氨基酸代谢与核苷酸代谢的关系为题，我们将探讨这两个生物化学过程之间的联系和相互影响。
氨基酸代谢和核苷酸代谢是生物体内的两个重要代谢途径，它们在维持生命活动中发挥着重要的作用。
氨基酸是构成蛋白质的基本单元，也是生物体内的重要代谢物。
氨基酸代谢主要包括氨基酸的合成和降解两个过程。
氨基酸的合成可以通过多种途径进行，其中一种重要的途径是通过核苷酸的降解产生的。
核苷酸降解可以释放出氨基酸，这些氨基酸可以用于新的蛋白质合成。
此外，一些非必需氨基酸也可以通过其他途径合成，如糖代谢途径和脂肪酸代谢途径。
另一方面，氨基酸代谢也可以影响核苷酸代谢。
氨基酸降解产生的一些代谢产物可以参与核苷酸的合成途径。
例如，谷氨酸是氨基酸降解途径中的一个重要中间产物，它可以通过一系列反应转化为核苷酸的合成前体。
氨基酸代谢和核苷酸代谢还通过共享一些共同的辅酶和酶参与相互联系。
例如，甲基四氢叶酸是一种重要的辅酶，它参与氨基酸代谢和核苷酸代谢的多个步骤。
甲基四氢叶酸可以提供甲基基团，参与氨基酸的代谢，如谷氨酸的转化。
同时，甲基四氢叶酸也可以提供一碳单位，参与核苷酸的合成。
在生物体内，氨基酸代谢和核苷酸代谢的平衡是由多个因素调控的。
其中一个重要的因素是酶的活性。
酶是催化生物化学反应的蛋白质，它可以加速代谢反应的进行。
氨基酸代谢和核苷酸代谢中的许多关键酶都受到调控，以维持它们之间的平衡。
例如，当氨基酸过剩时，某些关键酶的活性会受到抑制，以减少氨基酸的合成。
相反，当氨基酸不足时，这些酶的活性会被激活，以增加氨基酸的合成。
激素也可以影响氨基酸代谢和核苷酸代谢的平衡。
例如，胰岛素是一种重要的激素，它可以促进葡萄糖的合成和氨基酸的降解。
胰岛素的作用可以增加氨基酸的供应，从而促进蛋白质的合成和核苷酸的合成。
总的来说，氨基酸代谢和核苷酸代谢是紧密相关的生物化学过程。
它们通过共享代谢途径、共同的辅酶和酶以及受到调控的因素相互影响和调节。
氨基酸 核苷酸 平均分子量
氨基酸核苷酸平均分子量
氨基酸和核苷酸是生物体内重要的有机分子，它们在生命的起源和发展过程中起着重要的作用。
本文将从氨基酸和核苷酸的平均分子量方面进行探讨。
氨基酸是构成蛋白质的基本单元，也是生命体内重要的代谢物质。
它们由氨基基团、羧基和一个侧链组成。
氨基酸的平均分子量可以通过计算各种氨基酸的分子量并取平均得出。
根据已知的数据，氨基酸的平均分子量约为110 Da。
这个数值可以作为研究蛋白质结构和功能的重要参考。
而核苷酸是构成核酸的基本单元，包括脱氧核苷酸和核苷酸两种形式。
脱氧核苷酸是构成DNA的基本组成部分，而核苷酸则是构成RNA的基本组成部分。
核苷酸的结构由一个糖分子、一个碱基和一个磷酸基团组成。
核苷酸的平均分子量可以通过计算各种碱基、糖分子和磷酸基团的分子量并取平均得出。
根据已知的数据，核苷酸的平均分子量约为330 Da。
这个数值可以用于研究DNA和RNA的结构和功能。
氨基酸和核苷酸的平均分子量对于研究生物化学和生物学领域的科学家来说是非常重要的。
它们在研究蛋白质和核酸的结构、功能和相互作用等方面起着关键作用。
通过了解氨基酸和核苷酸的平均分子量，我们可以更好地理解生命的起源和发展过程，并为疾病的治疗和预防提供更有效的方法。
氨基酸和核苷酸作为生物体内重要的有机分子，它们的平均分子量是研究生物化学和生物学的基础。
通过了解它们的平均分子量，我们可以更好地理解生命的奥秘，推动科学的发展。
氨基酸与核苷酸的区别
氨基酸与核苷酸的区别
⼀、组成单元不同
氨基酸：氨基酸由含羧基和氨基的碳链组成的化合物。
核苷酸：核苷酸是由嘌呤碱或嘧啶碱、核糖或脱氧核糖以及磷酸三种物质组成的化合物。
⼆、所含元素不同
氨基酸：氨基酸不⼀定含有磷元素。
核苷酸：核苷酸由于组成中包含磷酸，所以含有磷元素。
三、形成的⼤分⼦不同
氨基酸：以氨基酸为单体形成的⼤分⼦是蛋⽩质。
核苷酸：以核苷酸为单体形成的⼤分⼦是核酸。
四、⽤途不同
氨基酸：氨基酸⽤于合成组织蛋⽩质，转变为碳⽔化合物和脂肪。
核苷酸：核苷酸参与⽣物的遗传、发育、⽣长等基本⽣命活动。
⼀个是蛋⽩质的基本组成单位；⼀个是核酸的基本组成单位。
如果⾮要找⼆者之间的联系，那就是氨基酸脱⽔缩合形成蛋⽩质，⽽核酸能控制蛋⽩质的合成。
第八章 氨基酸代谢for graduates candidates
ADP + Pi
COOH (CH2)2 CHNH 2 COOH
L-谷氨酸
NH3
谷氨酰胺 合成酶 谷氨酰酶 (肝、肾) H2O
CHNH2 (CH2)2 CHNH2 COOH
谷氨酰胺
尿素、铵盐等
临床上用谷氨酸盐 降低血氨
丙氨酸-葡萄糖循环
丙酮酸 转氨 丙氨酸
葡萄糖
丙酮酸
葡萄糖
丙氨酸-葡萄糖循环
肌 肉
葡萄糖
血液
| 葡萄糖 | | | | | 丙酮酸 | | | 丙氨酸 |
肝
尿素 NH3
肌 肉 蛋白质
分解 其它氨基酸
—酮 酸
| 葡萄糖 | | 糖分解 | | 丙酮酸 | | 转氨酶 | 丙氨酸 | 丙氨酸 |
谷氨酸
GPT
-酮戊二酸
组织之间氨的主要运输形式有（ A.NH4Cl 下列中（ A.谷氨酸 B.尿素 C.丙氨酸
甲硫氨酸
同型/高半胱氨酸 苏氨酸
α羟丁酸
异亮氨酸
苏氨酸
甲硫氨酸 苏氨酸 Ile 部分碳骨架 缬氨酸 形成乙酰 CoA 异亮氨酸
缬氨酸
琥珀酸-CoA
支链氨基酸的代谢
缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸
转氨基作用
相应的-酮酸
氧化脱羧基作用
相应的脂肪酰CoA 亮氨酸
缬氨酸
异亮氨酸
琥珀酸单 酰CoA
乙酰辅酶A及乙 乙酰辅酶A及琥 酰乙酰辅酶A 珀酸单酰辅酶A
反应物
天冬氨酸
COOH CHNH3
+
N N
N N R
5`
次黄嘌呤
核苷酸
P
α-氨基 α-酮戊二酸 酸 NH3 NH3 α谷氨酸 酮酸 转氨酶 谷-草转 产物 氨酶
核苷酸 氨基酸序列转换
核苷酸氨基酸序列转换核苷酸和氨基酸序列在生物学研究中起着重要的作用。
核苷酸是DNA和RNA的基本组成单位，而氨基酸是蛋白质的基本组成单位。
通过研究核苷酸和氨基酸序列，我们可以了解生物体内基因组的组成和蛋白质的结构与功能。
DNA和RNA是生物体内的遗传物质，它们由四种不同的核苷酸组成：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。
这些核苷酸按照特定的顺序排列，形成了DNA和RNA的序列。
通过对核苷酸序列的研究，我们可以了解到生物体内基因的组成和结构。
而蛋白质是生物体内的重要分子，它们由氨基酸组成。
氨基酸是一种有机化合物，它们由氨基（NH2）、羧基（COOH）和一个侧链组成。
氨基酸根据它们的侧链的不同可以分为20种不同的类型。
这些氨基酸按照特定的顺序排列，形成了蛋白质的序列。
通过对氨基酸序列的研究，我们可以了解到蛋白质的结构和功能。
核苷酸和氨基酸序列的转换是生物学研究中常用的技术之一。
通过比较不同物种的核苷酸和氨基酸序列，我们可以了解到它们之间的相似性和差异性。
这有助于我们研究生物体的进化关系和功能差异。
核苷酸和氨基酸序列的转换还可以用于研究疾病的发生机制。
一些疾病是由于基因突变引起的，这些突变可以导致核苷酸和氨基酸序列的改变。
通过对这些序列的分析，我们可以了解到疾病的发生机制和可能的治疗方法。
核苷酸和氨基酸序列在生物学研究中起着重要的作用。
通过对它们的研究，我们可以了解到生物体内基因的组成和结构，蛋白质的结构和功能，以及疾病的发生机制。
这些研究对于推动生物学的发展和提高人类健康水平具有重要意义。
核苷酸 氨基酸序列转换
核苷酸氨基酸序列转换核苷酸和氨基酸序列的转换是生物学研究中常见的任务。
核苷酸序列是由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶）组成的，而氨基酸序列是由20种氨基酸组成的。
在生物学研究中，了解核酸和蛋白质的序列信息对于理解生物体的结构和功能至关重要。
通过将核苷酸序列转换为氨基酸序列，我们可以从一个角度更深入地研究生物体的特征和性质。
核苷酸是DNA和RNA的基本构建单元。
DNA是生物体遗传信息的携带者，而RNA在蛋白质合成中起着重要的作用。
核苷酸序列是由不同碱基的排列组合而成，可以根据碱基的顺序确定生物体的遗传信息。
然而，核苷酸序列本身并不能直接揭示生物体的功能和特征，因此需要将其转化为氨基酸序列。
氨基酸是蛋白质的构建单元。
蛋白质是生物体中功能最为丰富的分子，它们在细胞内担任多种重要的生物学功能，如催化反应、结构支持和信号传导等。
氨基酸序列的不同排列组合决定了蛋白质的结构和功能。
通过将核苷酸序列转换为氨基酸序列，我们可以更好地理解蛋白质的性质和功能。
在进行核苷酸到氨基酸序列的转换时，需要参考遗传密码表。
遗传密码表是核苷酸和氨基酸之间的对应关系表，它规定了特定核苷酸序列所对应的氨基酸。
通过查找遗传密码表，可以将核苷酸序列中的碱基转换为相应的氨基酸。
这个过程被称为翻译，是生物体中蛋白质合成的重要步骤之一。
翻译过程在生物体中由核糖体和tRNA共同完成。
核糖体是细胞中的蛋白质合成机器，它能够识别核苷酸序列中的起始密码子，并将相应的氨基酸连接在一起，最终形成氨基酸序列。
tRNA是一种小分子RNA，可以将核苷酸序列与氨基酸进行配对。
tRNA中的特定序列可以与核苷酸序列中的特定序列进行互补配对，从而将正确的氨基酸带到核糖体上。
通过核苷酸到氨基酸序列的转换，我们可以更深入地研究生物体的遗传信息、蛋白质结构和功能。
这对于基因工程、药物设计和疾病治疗等领域具有重要意义。
通过了解生物体的遗传信息和蛋白质特性，我们可以更好地理解生物体的内部机制，并为生物学研究和应用提供更多的可能性。
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-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
+NH3
+NH3
二硫键
胱氨酸
（二） -R基团赋予氨基酸不同的极性
蛋白质中的L--氨基酸依据极性的分类
类别
主要氨基酸
非 脂肪族氨基 丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸 极酸 性 芳香族氨基 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸
酸
亚氨基酸 脯氨酸
极 中性氨基酸 甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺 性 酸性氨基酸 天冬氨酸、谷氨酸
• 包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、。
• 此类氨基酸在水溶液中溶解度小。
中文名 英文名
缩写 符号
含脂肪烃侧链的氨基酸
甘氨酸 Glycine Gly
G
丙氨酸 Alanine Ala
A
缬氨酸 Valine
Val
V
亮氨酸 Leucine Leu
L
异亮氨酸 Isoleucine Ile
I
结构式
一、构成人体蛋白质氨基酸均为L--氨基酸
虽然存在于自然界中的氨基酸有300余 种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种， 且均属 L- -氨基酸（除甘氨酸外）。
α-氨基
α-C
α-羧基 侧链R
COOH
COO-
H2N—Cα—H
R
不带电形式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+H3N—Cα—H R
两性离子形式
Cα如是不对称C（除Gly），则： 1. 具有两种立体异构体 [D-型和L-型] 2. 具有旋光性 [左旋（-）或右旋（+）]
Arg R
赖氨酸 Lysine 组氨酸 Histidine
Lys K His H
10.76 9.74 7.59
(5)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
• 包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分别 有苯基、酚基和吲哚基。
侧链含芳香环的氨基酸
苯丙氨酸 Phenylalanine Phe
F
5.48
酪氨酸
Tyrosine
Tyr Y
5.66
色氨酸 Tryptophan Trp W
5.89
亚氨基酸
脯氨酸
Proline
Pro P
6.30
几种特殊氨基酸
• 脯氨酸 （亚氨基酸）
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
组成蛋白质的氨基酸的其他功能及重要衍生物举例
是多肽链生物合成的起始氨基酸； 参与体内含硫化合物代谢及甲基化反应。
脯氨酸结构与功能特点：
N原子在杂环中移动的自由度受到限制， 常位于多肽链的转角处
丝氨酸、苏氨酸结构与功能特点：
侧链短，所含羟基常作为酶反应中的供 氢体；
亲水性强，位于水溶性蛋白表面
（四） 氨基酸的侧链可有其他化学基团修饰
体内常见的蛋白质翻译后发生化学修饰的氨基酸残基
等电点 （pI）
5.97 6.00 5.96 5.98 6.02
(2)侧链含羟基或含巯基是极性中性氨基酸
侧链含有羟基的氨基酸
丝氨酸
Serine
Ser S
5.68
苏氨酸 Threonine Thr T
5.60
酪氨酸 Tyrosine Tyr Y
见芳香族类
5.66
侧链含有硫的氨基酸
半胱氨酸 Cysteine Cys C
苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 结构与功能特点：
侧链结构大且极性较弱或无极性，常位 于水溶性蛋白的内部。
甘氨酸结构与功能特点：
是唯一不存在不对称立体结构的氨基酸， 有较大的旋转自由度，赋予多肽链更 多的柔性；
是最小的氨基酸，能够存在于空间致密 的蛋白质中，如胶原。
组氨酸结构与功能特点：
咪唑基团容易发生质子化，进而影响其 所在的蛋白质构象，因此是许多蛋白 质功能的调节机制
碱性氨基酸 赖氨酸、精氨酸、组氨酸
（三） 氨基酸-R基团直接影响多肽链结构
半胱氨酸结构与功能特点:
氧化状态下，多肽链中不相邻的两个半 胱氨酸通过二硫键相连，增强蛋白质 结构的稳定性；
巯基易与重金属离子结合 。
天冬氨酸、谷氨酸结构与功能特点：
携带强负电荷，常位于水溶性蛋白的表 面；
可结合带正电荷的分子或金属离子。
• 将右旋的甘油醛定为费歇尔投影式中 羟基在右的异构体，称为D-异构体；
• 将左旋的定为羟基在左的甘油醛，称 为L-异构体.
• 需要注意的是，D-、L-标记与R-/S-标 记、-(-)-/-(+)-旋光标记并无直接关系。
二、氨基酸的侧链结构决定其功能 （一）氨基酸的差异在于侧链结构-R基团
(1)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸
第一章
氨基酸和核苷酸
Amino Acids and Nucleotides
生物大分子蛋白质、核酸都是由基本结构单位 组成的多聚体（polymer）；可形成聚合体的基 本结构单位称为单体（monomer）。
蛋白质的基本结构单体是氨基酸
核酸的基本结构单体是核苷酸
第一节
氨基酸的结构与功能
The Structure and Function of Amino Acids
5.07
甲硫氨酸 Methionine Met M
5.74
(3)侧链含酸性基团及其衍生物的氨基酸
• 此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含 有羧基，均可解离而带负电荷。
侧链含酸性基团及其氨基衍生物的氨基酸
天冬氨酸 Aspartic acid Asp D
2.97
天冬酰胺 Asparagine Asn N
5.41
谷氨酸 Glutamic acid Glu E
3.22
谷氨酰胺 Glutamine Gln Q
5.65
(4)侧链含碱性基团的氨基酸属于碱性氨基酸
• 此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链 分别含有氨基、胍基和咪唑基，均可发生质子化， 使之带正电荷。
侧链含碱性基团的氨基酸
精氨酸 Arginine
异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸 结构与功能特点：
均含有较大的疏水侧链，其刚性结构特 征及疏水相互作用都对蛋白折叠有重 要的影响力，常作为水溶性蛋白的内 部支撑结构
赖氨酸、精氨酸结构与功能特点：
有带正电荷的柔性侧链，常作为蛋白的 亲水表面，且易于结合带有负电荷的 其他分子，如DNA。
甲硫氨酸结构与功能特点：
常见的化学修饰种类 磷酸化 N-糖基化 O-糖基化 羟基化 甲基化 乙酰化 硒化
发生修饰的主要氨基酸残基 丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸 天冬酰胺 丝氨酸、苏氨酸 脯氨酸 赖氨酸 赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸 赖氨酸、丝氨酸 半胱氨酸
三、氨基酸及其衍生物具有除形成多肽链外的 多种重要功能